JP7272177B2 - 圧電駆動装置およびロボット - Google Patents

Description

本開示は、圧電駆動装置およびロボットに関する。

特許文献１には、圧電素子の変形を用いて楕円運動する振動体と、振動体との接触によって駆動される可動体と、振動体を可動体に向かって付勢する板状のばね部材とを備える装置が記載されている。

特開２００１－２９２５８４号公報

上述した装置では、ばね部材のたわみやねじれによって、振動体の位置が意図しない方向にずれて、振動体から可動体に対して駆動力を効率良く伝達できなくなる可能性がある。

本開示の一形態によれば、圧電駆動装置が提供される。この圧電駆動装置は、圧電素子を有し、前記圧電素子を用いて被駆動部を駆動させる振動部と、前記振動部から前記被駆動部に向かう第１方向に前記振動部を付勢する第１板ばね部と、を備える。前記第１板ばね部は、前記第１方向に交差する第２方向に向かって延び、前記第１板ばね部は、前記第１方向と前記第２方向とに垂直な第３方向において前記振動部に対向して配置されており、前記第３方向に沿った長さが等分になるように、前記第１板ばね部を第１部分と前記第１部分よりも前記振動部から遠い第２部分とに分割したとき、前記第２部分の体積は、前記第１部分の体積よりも大きい。

第１実施形態の圧電モーターの概略構成を示す第１の説明図。 第１実施形態の圧電モーターの概略構成を示す第２の説明図。 第１実施形態の圧電アクチュエーターの構成を示す斜視図。 第１実施形態の圧電アクチュエーターの構成を示す平面図。 第１平行ばね部と第２平行ばね部とが変形する様子を示す説明図。 第１実施形態の圧電アクチュエーターのＶＩ－ＶＩ線断面図。 第１実施形態の第１板ばね部の断面形状を示す説明図。 第１実施形態の振動部の構成を示す説明図。 第１実施形態の振動部の動作を示す説明図。 比較例の圧電アクチュエーターの断面図。 第２実施形態の圧電アクチュエーターの断面図。 第３実施形態のロボットの概略構成を示す説明図。 第４実施形態のプリンターの概略構成を示す説明図。 他の実施形態の第１板ばね部の断面形状を示す第１の説明図。 他の実施形態の第１板ばね部の断面形状を示す第２の説明図。 他の実施形態の第１板ばね部の断面形状を示す第３の説明図。 他の実施形態の第１板ばね部の断面形状を示す第４の説明図。 他の実施形態の第１板ばね部の断面形状を示す第５の説明図。

Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における圧電モーター１０の概略構成を示す第１の説明図である。図２は、第１実施形態における圧電モーター１０の概略構成を示す第２の説明図である。本実施形態における圧電モーター１０は、圧電モーター１０の外形を区画するケース２０と、ケース２０の内部に収容された圧電アクチュエーター３０と、圧電アクチュエーター３０によって駆動されるローター４０と、ローター４０を回転可能に支持するベアリング５０とを備えている。圧電アクチュエーター３０は、圧電素子３２を備えており、圧電素子３２の二次元的な変形を用いてローター４０を回転させる。ローター４０の回転は、出力部４１を介して圧電モーター１０の外部に伝達される。圧電モーター１０は、ケース２０に対するローター４０の回転方向や、回転角や、回転速度を検出するエンコーダーを備えてもよい。エンコーダーは、光学式であっても、磁気式であってもよい。尚、圧電モーター１０のことを超音波モーターと呼ぶことがある。圧電アクチュエーター３０のことを圧電駆動装置と呼ぶことがある。ローター４０のことを被駆動部と呼ぶことがある。

ケース２０は、下ケース２９と蓋部２３とによって構成されている。下ケース２９は、底面部２１と、底面部２１の外周縁から蓋部２３に向かって立設された側面部２２とを備えている。底面部２１の中央には、出力部４１が貫通する開口部２６が設けられている。底面部２１の、開口部２６の外周には、ベアリング５０の外輪が接続される突起部２４が設けられている。底面部２１の外周縁の内側には、圧電アクチュエーター３０が接続される段差部２５が設けられている。ベアリング５０や圧電アクチュエーター３０の接続については後述する。蓋部２３は、ベアリング５０とローター４０と圧電アクチュエーター３０とが下ケース２９に接続された後に、ねじによって下ケース２９の側面部２２の上端部分に接続される。蓋部２３には、配線等が通る貫通孔２７が設けられている。

圧電アクチュエーター３０は、固定部材３６を介してケース２０の段差部２５に固定されている。圧電アクチュエーター３０は、上述した圧電素子３２と、ローター４０の被接触面４６に対向する先端部３３とを備えている。圧電素子３２に交流電流が供給されることによって、圧電素子３２が変形して、先端部３３が楕円軌道を描くように振動する。先端部３３は、この振動によってローター４０の被接触面４６に繰り返し接触して、ローター４０に駆動力を付与する。本実施形態では、圧電アクチュエーター３０は、ねじによって固定部材３６に固定されている。固定部材３６は、ねじと接着剤とのうちの少なくともいずれか一方によって段差部２５に固定されている。尚、圧電アクチュエーター３０の具体的な構成および動作については後述する。

図２には、蓋部２３から底面部２１に向かって視た圧電アクチュエーター３０とローター４０との位置関係が表されている。本実施形態における圧電モーター１０には、４つの圧電アクチュエーター３０が設けられている。４つの圧電アクチュエーター３０は、等間隔に配置されている。尚、圧電モーター１０に設けられる圧電アクチュエーター３０の数は、４つに限られず、１つから３つでもよいし、５つ以上でもよい。圧電アクチュエーター３０は、等間隔に配置されなくてもよい。

ローター４０は、上述した出力部４１と、出力部４１の外周に配置され、出力部４１に接続された伝達部４５とを有している。本実施形態では、ローター４０は、回転軸ＲＸを中心に回転する。ローター４０は、中空の出力部４１を有している。尚、ローター４０は、中実の出力部４１を有してもよい。ローター４０の出力部４１の回転軸ＲＸに沿って下ケース２９から蓋部２３に向かう方向のことを軸方向ＡＤと呼び、出力部４１の回転軸ＲＸに直交し、回転軸ＲＸから外側に向かう方向のことを径方向ＲＤと呼ぶ。また、ローター４０の回転方向のことを周方向ＣＤと呼ぶ。これらの方向ＡＤ，ＲＤ，ＣＤは、各図において適宜図示した。

伝達部４５は、圧電アクチュエーター３０の先端部３３から駆動力を受け、この駆動力を出力部４１に伝達する。本実施形態では、伝達部４５は、屈曲した形状を有している。具体的には、出力部４１から径方向ＲＤにおける外側に向かって延びる円環状の部分と、円環状の部分からケース２０の底面部２１に向かって延びる円筒状の部分と、円筒状の部分から径方向ＲＤにおける外側に向かって延びる円環状の部分とが連接された形状を有している。伝達部４５におけるケース２０の蓋部２３に対向する面には、圧電アクチュエーター３０の先端部３３が接触する被接触面４６が設けられている。被接触面４６は、軸方向ＡＤにおけるローター４０の両端の間に設けられている。そのため、軸方向ＡＤに沿った方向において圧電モーター１０を小型化できる。

本実施形態では、伝達部４５は、出力部４１と一体に形成されている。図１および図２には、伝達部４５と出力部４１との境界線が二点鎖線で表されている。伝達部４５は、出力部４１と別体として形成されてもよい。この場合、別体として形成された伝達部４５と出力部４１とは、ねじや溶接や接着等によって互いに固定される。尚、図１および図２に示した伝達部４５と出力部４１との境界線は、説明上、便宜的に付したものであり、各部の機能に鑑みて適宜設定されてもよい。

本実施形態では、ローター４０は、アルミニウム合金によって形成されている。ローター４０は、アルミニウム合金ではなく、例えば、ステンレス鋼やチタン合金等の他の金属材料によって形成されてもよいし、セラミック材料や樹脂材料によって形成されてもよい。ローター４０の被接触面４６には、例えば、アルミナ層や、ジルコニア層や、チタン酸バリウム層等の表面処理層が設けられてもよい。被接触面４６に表面処理層が設けられることによって、先端部３３との接触による被接触面４６の摩耗を抑制できる。

ベアリング５０は、ローター４０の出力部４１と、ケース２０の突起部２４との間に設けられている。ベアリング５０は、ケース２０に対して回転可能にローター４０を支持している。本実施形態では、ベアリング５０として、回転軸ＲＸを中心とする円環形状を有するローラーベアリングが用いられている。ベアリング５０は、ローラーベアリングではなく、例えば、ボールベアリングであってもよい。ローター４０がベアリング５０に支持されることによって、ローター４０は、回転軸ＲＸを中心にして円滑に回転できる。

ベアリング５０の外輪は、第１支持部材５６とケース２０の底面部２１とによって挟持されている。第１支持部材５６は、回転軸ＲＸを中心とする円環形状を有している。周方向ＣＤに垂直な第１支持部材５６の断面は、Ｌ字形状を有している。本実施形態では、第１支持部材５６の外内周側面とケース２０の突起部２４の内周側面とのそれぞれに、ねじ部が設けられており、ねじ部同士が嵌め合わされることによって、第１支持部材５６が突起部２４に固定されている。

ベアリング５０の内輪は、第２支持部材５７とローター４０の出力部４１とによって挟持されている。第２支持部材５７は、回転軸ＲＸを中心とする円環形状を有している。周方向ＣＤに垂直な第２支持部材５７の断面は、第１支持部材５６の断面を１８０度回転させたＬ字形状を有している。本実施形態では、ローター４０の出力部４１の外周側面と第２支持部材５７の内周側面とのそれぞれに、ねじ部が設けられており、ねじ部同士が嵌め合わされることによって、第２支持部材５７がローター４０に固定されている。

図１に示すように、ベアリング５０と第１支持部材５６と第２支持部材５７とを用いて、下ケース２９に対して、ローター４０が回転可能に接続された後、図２に示すように、圧電アクチュエーター３０が予め接続された固定部材３６が、下ケース２９に接続される。

図３は、圧電アクチュエーター３０の構成を示す斜視図である。図３には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向に沿った矢印が表されている。Ｘ方向は、図１および図２に示した軸方向ＡＤと平行な方向であり、Ｚ方向は、図１および図２に示した径方向ＲＤと平行な方向である。これらの方向Ｘ，Ｙ，Ｚは、各図において適宜図示した。圧電アクチュエーター３０は、圧電素子３２を有する本体部３９と、本体部３９に接続された先端部３３と、ローター４０に向かって本体部３９を付勢する第１平行ばね部６０と、第１平行ばね部６０とともに、ローター４０に向かって本体部３９を付勢する第２平行ばね部７０とを備えている。

本体部３９は、第１平行ばね部６０と第２平行ばね部７０との間に配置されている。本体部３９は、圧電素子３２と、第１振動板８１と、第２振動板８２と、第１層間部材８５とによって構成されている。圧電素子３２は、第１振動板８１と、第２振動板８２との間に設けられている。第１層間部材８５は、第１振動板８１と第２振動板８２との間の隙間を埋めるように設けられている。

圧電素子３２は、両面に電極が設けられた圧電体によって構成されている。本実施形態では、圧電体は、チタン酸ジルコン酸鉛によって形成されている。圧電体は、チタン酸ジルコン酸鉛ではなく、例えば、チタン酸バリウムや水晶によって形成されてもよい。電極は、図示しない配線によって、スイッチング素子を介して電源に接続されている。

第１振動板８１と第２振動板８２とは、同じ形状を有している。第１振動板８１と第２振動板８２とは、シリコンによって形成されている。圧電素子３２と第１振動板８１との間、および、圧電素子３２と第２振動板８２との間は、絶縁性の接着剤によって接着されている。第１層間部材８５は、シリコンによって形成されている。第１層間部材８５と第１振動板８１との間、および、第１層間部材８５と第２振動板８２との間は、絶縁性の接着剤によって接着されている。

先端部３３は、絶縁性の接着剤によって本体部３９に接着されている。先端部３３は、耐摩耗性に優れる材料によって形成されることが好ましい。本実施形態では、先端部３３は、アルミナによって形成されている。

第１平行ばね部６０は、第１非ばね部６１と、第２非ばね部６２と、第１非ばね部６１と第２非ばね部６２との間を接続する複数の第１板ばね部６３とを有している。本実施形態では、第１非ばね部６１と第２非ばね部６２との間は、６つの第１板ばね部６３によって接続されている。第１平行ばね部６０に設けられる第１板ばね部６３の数は、６つに限られず、２つから５つであってもよいし、７つ以上であってもよい。第１非ばね部６１と第２非ばね部６２とは、第１平行ばね部６０において、Ｘ方向に沿って変形しにくい部分である。第１板ばね部６３は、第１平行ばね部６０において、Ｘ方向に沿って変形しやすい部分である。それぞれの第１板ばね部６３は、Ｙ方向に向かって互いに平行に延びている。それぞれの第１板ばね部６３は、Ｚ方向において本体部３９に対向して配置されている。第１平行ばね部６０は、第１板ばね部６３に蓄えられる弾性エネルギーによって、本体部３９を付勢する。

第２平行ばね部７０は、第３非ばね部７１と、第４非ばね部７２と、第３非ばね部７１と第４非ばね部７２との間を接続する複数の第２板ばね部７３とを有している。本実施形態では、第３非ばね部７１と第４非ばね部７２との間は、６つの第２板ばね部７３によって接続されている。第２平行ばね部７０に設けられる第２板ばね部７３の数は、６つに限られず、２つから５つであってもよいし、７つ以上であってもよい。第３非ばね部７１と第４非ばね部７２とは、第２平行ばね部７０において、Ｘ方向に沿って変形しにくい部分である。第２板ばね部７３は、第２平行ばね部７０において、Ｘ方向に沿って変形しやすい部分である。それぞれの第２板ばね部７３は、Ｙ方向に向かって互いに平行に延びている。それぞれの第２板ばね部７３は、Ｚ方向において本体部３９に対向して配置されている。本実施形態では、第２平行ばね部７０は、本体部３９を挟んで第１平行ばね部６０と対称形状を有している。第２平行ばね部７０は、第２板ばね部７３に蓄えられる弾性エネルギーによって、本体部３９を付勢する。

第１平行ばね部６０と第２平行ばね部７０とは、それぞれ、シリコンによって形成されている。第１平行ばね部６０における第１非ばね部６１と第２非ばね部６２と第１板ばね部６３とは、板状のシリコンにドライエッチングを用いて形成できる。第２平行ばね部７０における第３非ばね部７１と第４非ばね部７２と第２板ばね部７３とは、板状のシリコンにドライエッチングを用いて形成できる。

第１平行ばね部６０の第２非ばね部６２と第２平行ばね部７０の第４非ばね部７２との間には、第２非ばね部６２から第４非ばね部７２に向かって、第３振動板８３と、第２層間部材８６と、第４振動板８４とがこの順に設けられている。第３振動板８３と第４振動板８４とは、同じ形状を有している。第３振動板８３と第４振動板８４とは、シリコンによって形成されている。第３振動板８３のＺ方向に沿った厚みは、第１振動板８１のＺ方向に沿った厚みと同じである。第４振動板８４のＺ方向に沿った厚みは、第２振動板８２のＺ方向に沿った厚みと同じである。第２層間部材８６は、シリコンによって形成されている。第２層間部材８６のＺ方向に沿った厚みは、第１層間部材８５のＺ方向に沿った厚みと同じである。

第２非ばね部６２と第４非ばね部７２とには、圧電アクチュエーター３０を固定部材３６に固定するためのねじが挿入される取付穴３８が２つ設けられている。取付穴３８は、第１平行ばね部６０と、第３振動板８３と、第２層間部材８６と、第４振動板８４と、第２平行ばね部７０とを貫通して設けられている。

図４は、圧電アクチュエーター３０の構成を示す平面図である。本体部３９は、振動部３１と、支持部３４と、腕部３５とを有している。振動部３１は、圧電素子３２を有する部分である。第１平行ばね部６０から第２平行ばね部７０に向かって視た振動部３１の形状は、Ｘ方向に沿った長手方向を有する長方形である。振動部３１の一方の短辺の中央には、先端部３３が接続されている。腕部３５は、振動部３１の他方の短辺と振動部３１の両方の長辺とに対向する部分である。支持部３４は、振動部３１の両方の長辺の中央と腕部３５との間を接続する部分である。

第１平行ばね部６０の第１非ばね部６１は、第１厚肉部６５と、第１薄肉部６６とを有している。第１薄肉部６６のＺ方向に沿った厚みは、第１厚肉部６５のＺ方向に沿った厚みよりも小さい。第１厚肉部６５は、第１非ばね部６１における腕部３５に対向する領域に設けられている。図４には、第１厚肉部６５が設けられた領域にハッチングが施されている。第１薄肉部６６は、第１非ばね部６１における振動部３１と支持部３４とに対向する領域に設けられている。第１厚肉部６５は、絶縁性の接着剤によって腕部３５に接着されている。第１薄肉部６６は、振動部３１と支持部３４との間に所定の間隔を有している。

第２平行ばね部７０の第３非ばね部７１は、第２厚肉部７５と、第２薄肉部７６とを有している。第２薄肉部７６のＺ方向に沿った厚みは、第２厚肉部７５のＺ方向に沿った厚みよりも小さい。第２厚肉部７５は、第３非ばね部７１における腕部３５に対向する領域に設けられている。図４には、第２厚肉部７５が設けられた領域にハッチングが施されている。第２薄肉部７６は、第３非ばね部７１における振動部３１と支持部３４とに対向する領域に設けられている。第２厚肉部７５は、絶縁性の接着剤によって腕部３５に接着されている。第２薄肉部７６は、振動部３１と支持部３４との間に所定の間隔を有している。

図５は、第１平行ばね部６０と第２平行ばね部７０とが変形する様子を示す説明図である。第１平行ばね部６０は、Ｘ方向に沿った荷重に対して、平行ばね機構として機能する。第２平行ばね部７０は、第１平行ばね部６０と同様に、Ｘ方向に沿った荷重に対して、平行ばね機構として機能する。例えば、図５に示すように、先端部３３が－Ｘ方向に向かって荷重Ｆｘを受けた場合、第１非ばね部６１と第３非ばね部７１とは、本体部３９を介して、－Ｘ方向に向かって押される。第１非ばね部６１と第３非ばね部７１とが－Ｘ方向に向かって押されることによって、それぞれの第１板ばね部６３は、互いに平行な状態を保ちつつ、－Ｘ方向に向かって撓み、それぞれの第２板ばね部７３は、互いに平行な状態を保ちつつ、－Ｘ方向に向かって撓む。第１非ばね部６１は、第２非ばね部６２に対して回転せずに、第１板ばね部６３の－Ｘ方向への撓み量に応じて－Ｘ方向に向かって並進移動するとともに、第１板ばね部６３の撓みに伴う第１板ばね部６３と第１非ばね部６１との接続部の＋Ｙ方向への移動量に応じて＋Ｙ方向に向かって並進移動する。第３非ばね部７１は、第４非ばね部７２に対して回転せずに、第２板ばね部７３の－Ｘ方向への撓み量に応じて－Ｘ方向に向かって並進移動するとともに、第２板ばね部７３の撓みに伴う第２板ばね部７３と第３非ばね部７１との接続部の＋Ｙ方向への移動量に応じて＋Ｙ方向に向かって並進移動する。尚、図５には、移動前の第１平行ばね部６０と第２平行ばね部７０との位置が二点鎖線で表されている。第１非ばね部６１と第２非ばね部６２と第３非ばね部７１と第４非ばね部７２とは、ほとんど変形しない。第２非ばね部６２と第４非ばね部７２とは、固定部材３６に固定されているため、固定部材３６に対して移動しない。

図６は、図４における圧電アクチュエーター３０のＶＩ－ＶＩ線断面図である。第１板ばね部６３は、頂点が本体部３９に対向する二等辺三角形の断面形状を有している。第１板ばね部６３は、Ｙ方向に沿って一様な断面形状を有している。そのため、第１板ばね部６３は、三角柱形状を有している。第２板ばね部７３は、頂点が本体部３９に対向する二等辺三角形の断面形状を有している。第２板ばね部７３は、Ｙ方向に沿って一様な断面形状を有している。そのため、第２板ばね部７３は、三角柱形状を有している。

図７は、第１板ばね部６３の断面形状を示す説明図である。図７には、ＶＩ－ＶＩ線断面における６つの第１板ばね部６３のうちの１つの断面形状が表されている。Ｚ方向に沿った長さが等分になるように、第１板ばね部６３を２つの部分に仮想的に分割して、振動部３１に近い方の部分を第１部分Ｐ１と呼び、振動部３１に遠い方の部分を第２部分Ｐ２と呼ぶ。図７には、第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２との境界線が二点鎖線で表されている。第１部分Ｐ１の断面のＸ方向に沿った長さＷ１は、第２部分Ｐ２の断面のＸ方向に沿った長さＷ２よりも短い。本実施形態では、第１板ばね部６３は、Ｙ方向に沿って一様な断面形状を有している。そのため、第２部分Ｐ２の体積は、第１部分Ｐ１の体積よりも大きい。

Ｚ方向に沿った長さが等分になるように、第２板ばね部７３を２つの部分に仮想的に分割して、振動部３１に近い方の部分を第３部分Ｐ３と呼び、振動部３１に遠い方の部分を第４部分Ｐ４と呼ぶ。第３部分Ｐ３の断面のＸ方向に沿った長さＷ３は、第４部分Ｐ４の断面のＸ方向に沿った長さＷ４よりも短い。本実施形態では、第２板ばね部７３は、Ｙ方向に沿って一様な断面形状を有している。そのため、第４部分Ｐ４の体積は、第３部分Ｐ３の体積よりも大きい。

図８は、振動部３１の構成を示す説明図である。本実施形態では、振動部３１は、第１圧電素子３２Ａと、第２圧電素子３２Ｂと、第３圧電素子３２Ｃと、第４圧電素子３２Ｄと、第５圧電素子３２Ｅとを有している。各圧電素子３２Ａ～３２Ｅは、振動部３１の長手方向に沿って配置されている。図８において、第１圧電素子３２Ａは、振動部３１の中央に配置されている。第２圧電素子３２Ｂと第３圧電素子３２Ｃとは、第１圧電素子３２Ａの左側に配置されている。第２圧電素子３２Ｂは、支持部３４よりも下方に配置されている。第３圧電素子３２Ｃは、支持部３４よりも上方に配置されている。第４圧電素子３２Ｄと第５圧電素子３２Ｅとは、第１圧電素子３２Ａの右側に配置されている。第４圧電素子３２Ｄは、支持部３４よりも下方に配置されている。第５圧電素子３２Ｅは、支持部３４よりも上方に配置されている。

図９は、振動部３１の動作を示す説明図である。第２圧電素子３２Ｂと第５圧電素子３２Ｅとに供給される交流電流の位相と、第３圧電素子３２Ｃと第４圧電素子３２Ｄとに供給される交流電流の位相とを１８０度異ならせ、かつ、第１圧電素子３２Ａに供給される交流電流の位相と、第２圧電素子３２Ｂと第５圧電素子３２Ｅとに供給される交流電流の位相とを異ならせることによって、振動部３１を二次元的に変形させて、先端部３３を楕円運動させることができる。この際に、振動部３１は、支持部３４との接続部分を節にして変形する。先端部３３が楕円運動を繰り返すことによって、先端部３３とローター４０の被接触面４６とが繰り返し接触する。先端部３３と被接触面４６とが接触する際に、先端部３３は、周方向ＣＤに沿った駆動力をローター４０に伝達する。そのため、先端部３３が楕円運動を繰り返す間、ローター４０は、回転軸ＲＸを中心にして回転する。本実施形態では、先端部３３と被接触面４６とが接触する際に、先端部３３は、被接触面４６に向かって付勢されるので、先端部３３は、周方向ＣＤに沿った駆動力を効率良くローター４０に伝達できる。尚、上述した各圧電素子３２Ａ～３２Ｅに供給される交流電流を１８０度反転させることによって、ローター４０を逆向きに回転させることができる。

図１０は、比較例における圧電アクチュエーター３０ｂの構成を示す断面図である。図６に示したとおり、本実施形態の圧電アクチュエーター３０では、第１板ばね部６３のＹ方向に垂直な断面形状と、第２板ばね部７３とのＹ方向に垂直な断面形状とは、それぞれ、頂点が本体部３９に対向する二等変三角形である。これに対して、比較例の圧電アクチュエーター３０ｂでは、第１板ばね部６３ｂのＹ方向に垂直な断面形状と、第２板ばね部７３ｂのＹ方向に垂直な断面形状とが、それぞれ長方形であることが本実施形態と異なる。圧電アクチュエーター３０ｂのその他の構成は、本実施形態の圧電アクチュエーター３０と同じである。比較例の第１板ばね部６３ｂのＺ方向に沿った厚みＴｂと、本実施形態の第１板ばね部６３のＺ方向に沿った厚みＴａは同じである。比較例の第１板ばね部６３ｂのＸ方向に沿った幅Ｗｂと、本実施形態の第１板ばね部６３のＸ方向に沿った幅の平均値Ｗａｖｅ＝Ｗａ／２とは同じである。比較例の第１板ばね部６３ｂの断面積Ａｂは、本実施形態の第１板ばね部６３の断面積Ａａと同じである。本実施形態の第２板ばね部７３は、本体部３９を挟んで第１板ばね部６３と対称形状を有している。比較例の第２板ばね部７３ｂは、本体部３９を挟んで第１板ばね部６３ｂと対称形状を有している。例えば、Ｚ方向に沿った荷重Ｆｚを先端部３３に受けた場合、第１板ばね部６３ｂと第２板ばね部７３ｂには、Ｚ方向に向かう撓みや、Ｙ方向に平行な軸を中心とする捩れが生じる。本実施形態の第１板ばね部６３では、比較例の第１板ばね部６３ｂに比べて、Ｘ方向に平行な軸に関する断面二次モーメントが大きく、かつ、Ｚ方向に平行な軸に関する断面二次モーメントは同等である。本実施形態の第１板ばね部６３では、比較例の第１板ばね部６３ｂに比べて、断面二次極モーメントが大きい。したがって、Ｚ方向に沿った荷重Ｆｚを先端部３３に受けた場合、比較例の第１板ばね部６３ｂよりも本実施形態の第１板ばね部６３の方が、Ｚ方向に向かう撓みや、Ｙ方向に平行な軸を中心とする捩れが小さい。

以上、説明した本実施形態の圧電モーター１０によれば、第１板ばね部６３および第２板ばね部７３のＸ方向における撓みやすさを確保しつつ、第１板ばね部６３および第２板ばね部７３をＺ方向において撓みにくく、かつ、第１板ばね部６３および第２板ばね部７３をＹ方向に平行な軸を中心として捩れにくくできる。そのため、ローター４０の被接触面４６に対して、圧電アクチュエーター３０の先端部３３の位置がＺ方向に沿ってずれることや、先端部３３がＹ方向に平行な軸を中心として傾くことを抑制できる。したがって、圧電アクチュエーター３０からローター４０に対して駆動力を効率良く、かつ、安定して伝達できる。尚、本実施形態の圧電モーター１０では、ローター４０の被接触面４６に対して先端部３３が傾くことを抑制できるので、先端部３３の一部に摩耗が偏って生じることを抑制できる。

Ｂ．第２実施形態：
図１１は、第２実施形態における圧電アクチュエーター３０ｃの構成を示す断面図である。第２実施形態の圧電モーター１０ｃでは、圧電アクチュエーター３０ｃにおける第２平行ばね部７０ｃの第２板ばね部７３ｃ断面形状が第１実施形態と異なる。その他の構成は、特に説明しない限り、図１から図９までに示した第１実施形態と同じである。

本実施形態では、第１平行ばね部６０と、第２平行ばね部７０ｃとが本体部３９を挟んで非対称形状を有している。第１板ばね部６３の断面形状は、第１実施形態と同じである。第２板ばね部７３ｃの断面形状は、長方形である。第２板ばね部７３ｃは、Ｙ方向に沿って一様な断面形状を有している。第２板ばね部７３ｃのＺ方向に沿った厚みＴｃは、第１実施形態の第２板ばね部７３のＺ方向に沿った厚みＴａと同じである。第２板ばね部７３ｃのＺ方向に沿った幅Ｗｃは、第１実施形態の第２板ばね部７３のＺ方向に沿った幅のＷａの半分である。第２板ばね部７３ｃの断面積Ａｃは、第１実施形態の第２板ばね部７３の断面積Ａａと同じである。

以上、説明した本実施形態の圧電モーター１０ｃによれば、第１板ばね部６３および第２板ばね部７３ｃのＸ方向における撓みやすさを確保しつつ、第１板ばね部６３および第２板ばね部７３ｃをＺ方向において撓みにくく、かつ、第１板ばね部６３および第２板ばね部７３ｃをＹ方向に平行な軸を中心として捩れにくくできる。尚、第２平行ばね部７０ｃの第２板ばね部７３ｃではなく、第１平行ばね部６０の第１板ばね部６３が長方形断面を有するように構成されてもよい。

Ｃ．第３実施形態：
図１２は、第３実施形態におけるロボット１００の概略構成を示す斜視図である。本実施形態におけるロボット１００は、精密機器やこれを構成する部品の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。ロボット１００は、６軸ロボットであり、床や天井に固定されるベース１０１と、ベース１０１に対して回転可能に連結された第１アーム１０２と、第１アーム１０２に対して回転可能に連結された第２アーム１０３と、第２アーム１０３に対して回転可能に連結された第３アーム１０４と、第３アーム１０４に対して回転可能に連結された第４アーム１０５と、第４アーム１０５に対して回転可能に連結された第５アーム１０６と、第５アーム１０６に対して回転可能に連結された第６アーム１０７と、各アーム１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７の駆動を制御するロボット制御部１０８とを備えている。第６アーム１０７にはハンド接続部が設けられており、ハンド接続部にはロボット１００に実行させる作業に応じたエンドエフェクター１０９が装着される。各関節部のうちの全部または一部には、第１実施形態で説明した圧電モーター１０が搭載されており、この圧電モーター１０の駆動によって、各アーム１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７が回転する。各圧電モーター１０の駆動は、ロボット制御部１０８によって制御される。

ロボット制御部１０８は、１以上のプロセッサーと、主記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェースとを備えるコンピューターによって構成されている。本実施形態では、ロボット制御部１０８は、主記憶装置上に読み込んだプログラムや命令をプロセッサーが実行することによって、ロボット１００の動作を制御する。尚、ロボット制御部１０８は、コンピューターではなく、複数の回路の組み合わせによって構成されてもよい。

以上、説明した本実施形態のロボット１００によれば、関節部に第１実施形態で説明した圧電モーター１０が用いられているため、各アーム１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７を駆動させる駆動力を効率良く、かつ、安定して供給できる。尚、ロボット１００は、第２実施形態で説明した圧電モーター１０ｃを備えてもよい。

Ｄ．第４実施形態：
図１３は、プリンター２００を示す説明図である。本実施形態におけるプリンター２００は、装置本体２１０と、装置本体２１０の内部に設けられている印刷機構２２０、給紙機構２３０および制御部２４０とを備えている。

装置本体２１０には、記録用紙Ｐを設置するトレイ２１１と、記録用紙Ｐを排出する排紙口２１２と、液晶ディスプレイ等の操作パネル２１３とが設けられている。

印刷機構２２０は、ヘッドユニット２２１と、キャリッジモーター２２２と、キャリッジモーター２２２の駆動力によりヘッドユニット２２１を往復動させる往復動機構２２３とを備えている。

ヘッドユニット２２１は、インクジェット式記録ヘッドであるヘッド２２４と、ヘッド２２４にインクを供給するインクカートリッジ２２５と、ヘッド２２４およびインクカートリッジ２２５を搭載したキャリッジ２２６とを有している。

往復動機構２２３は、キャリッジ２２６を往復移動可能に支持しているキャリッジガイド軸２２７と、キャリッジモーター２２２の駆動力によりキャリッジ２２６をキャリッジガイド軸２２７上で移動させるタイミングベルト２２８とを有している。

給紙機構２３０は、互いに圧接している従動ローラー２３１および駆動ローラー２３２と、第１実施形態で説明した圧電モーター１０と、を有している。圧電モーター１０は、駆動ローラー２３２を駆動させる給紙モーターとして用いられる。尚、上述したキャリッジモーター２２２に、圧電モーター１０が用いられてもよい。

制御部２４０は、例えばパーソナルコンピュータ等のホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷機構２２０や給紙機構２３０等を制御する。

プリンター２００は、給紙機構２３０が記録用紙Ｐを一枚ずつヘッドユニット２２１の下部近傍へ間欠送りする。このとき、ヘッドユニット２２１が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動して、記録用紙Ｐへの印刷が行なわれる。

以上、説明した本実施形態のプリンター２００によれば、駆動ローラー２３２を駆動させる給紙モーターとして第１実施形態で説明した圧電モーター１０が用いられているため、駆動ローラー２３２を駆動させる駆動力を効率良く、かつ、安定して供給できる。尚、プリンター２００は、第２実施形態で説明した圧電モーター１０ｃを備えてもよい。

Ｅ．他の実施形態：
（Ｅ１）図１４から図１８までは、他の実施形態における第１板ばね部６３ｄ，６３ｅ，６３ｆ，６３ｇ，６３ｈの断面形状を示す説明図である。図１４から図１８までには、Ｙ方向に垂直な第１板ばね部６３ｄ，６３ｅ，６３ｆ，６３ｇ，６３ｈの断面形状が表されている。図１４に示すように、第１板ばね部６３ｄは、台形の断面形状であってもよい。図１５に示すように、第１板ばね部６３ｅは、台形の角部に面取りが施されたような断面形状であってもよい。図１６に示すように、第１板ばね部６３ｆは、Ｘ方向に交差する輪郭線が外側に向かって膨らんだような断面形状であってもよい。図１７に示すように、第１板ばね部６３ｇは、Ｘ方向に交差する輪郭線が内側に向かって窪んだような断面形状であってもよい。図１８に示すように、第１板ばね部６３ｈは、連接された円弧によってＸ方向に交差する輪郭線が構成されて、外側に向かって突き出した凸部Ｃｖを有してもよい。第１板ばね部６３ｈは、本体部３９に対向する面に凸部Ｃｖを有してもよいし、本体部３９とは反対側の面に凸部Ｃｖを有してもよい。この場合、凸部Ｃｖによって第１板ばね部６３ｈの表面積をより大きくすることができるため、第１板ばね部６３ｈを介して本体部３９の熱を放熱しやすくできる。

（Ｅ２）上述した各実施形態における圧電モーター１０，１０ｃでは、第１平行ばね部６０と第２平行ばね部７０，７０ｃとの両方が、本体部３９をローター４０に向かって付勢している。これに対して、第１平行ばね部６０と第２平行ばね部７０，７０ｃのいずれか一方は、本体部３９をローター４０に向かって付勢しなくてもよい。例えば、第２平行ばね部７０，７０ｃは、本体部３９に接続されずに、本体部３９をローター４０に向かって付勢しなくてもよい。この場合、第１平行ばね部６０の撓みや捩れによって、本体部３９が－Ｚ方向に移動して、第２平行ばね部７０，７０ｃに接触した場合に、第２平行ばね部７０，７０ｃは、本体部３９を支持できる。そのため、本体部３９の－Ｚ方向への位置ずれを抑制できる。

（Ｅ３）上述した各実施形態における圧電モーター１０，１０ｃでは、第１板ばね部６３の第１部分Ｐ１の断面のＸ方向に沿った長さＷ１は、第２部分Ｐ２の断面のＸ方向に沿った長さＷ２よりも短く、かつ、第２板ばね部７３の第３部分Ｐ３の断面のＸ方向に沿った長さＷ３は、第４部分Ｐ４の断面のＸ方向に沿った長さＷ４よりも短い。これに対して、第１板ばね部６３の第１部分Ｐ１の断面のＸ方向に沿った長さＷ１は、Ｘ方向における撓みやすさを確保しつつ、Ｚ方向において撓みにくく、かつ、Ｙ方向に平行な軸を中心として捩れにくくできる形態であれば、第２部分Ｐ２の断面のＸ方向に沿った長さＷ２以上であってもよい。第２板ばね部７３の第３部分Ｐ３の断面のＸ方向に沿った長さＷ３は、Ｘ方向における撓みやすさを確保しつつ、Ｚ方向において撓みにくく、かつ、Ｙ方向に平行な軸を中心として捩れにくくできる形態であれば、第４部分Ｐ４の断面のＸ方向に沿った長さＷ４以上であってもよい。

（Ｅ４）上述した各実施形態における圧電モーター１０，１０ｃでは、第１平行ばね部６０には、複数の第１板ばね部６３が設けられており、第２平行ばね部７０には、複数の第２板ばね部７３が設けられている。これに対して、第１平行ばね部６０に設けられる第１板ばね部６３の数は、複数ではなく、１つであってもよい。第２平行ばね部７０に設けられる第２板ばね部７３の数は、複数ではなく、１つであってもよい。

（Ｅ５）上述した各実施形態における圧電モーター１０，１０ｃでは、圧電アクチュエーター３０，３０ｃによってローター４０を回転運動させている。これに対して、圧電モーター１０，１０ｃは、圧電アクチュエーター３０，３０ｃによってスライダーを並進運動させる形態であってもよい。

Ｆ．他の形態：
本開示は、上述した実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実現することができる。例えば、本開示は、以下の形態によっても実現可能である。以下に記載した各形態中の技術的特徴に対応する上記実施形態中の技術的特徴は、本開示の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本開示の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

（１）本開示の一形態によれば、圧電駆動装置が提供される。この圧電駆動装置は、圧電素子を有し、前記圧電素子を用いて被駆動部を駆動させる振動部と、前記振動部から前記被駆動部に向かう第１方向に前記振動部を付勢する第１板ばね部と、を備える。前記第１板ばね部は、前記第１方向に交差する第２方向に向かって延び、前記第１板ばね部は、前記第１方向と前記第２方向とに垂直な第３方向において前記振動部に対向して配置されており、前記第３方向に沿った長さが等分になるように、前記第１板ばね部を第１部分と前記第１部分よりも前記振動部から遠い第２部分とに分割したとき、前記第２部分の体積は、前記第１部分の体積よりも大きい。
この形態の圧電駆動装置によれば、振動部を付勢する第１板ばね部が第３方向にたわむことを抑制できる。そのため、振動体の位置が第３方向にずれることを抑制できる。

（２）上記形態の圧電駆動装置において、前記第１部分の前記第１方向に沿った長さは、前記第２部分の前記第１方向に沿った長さよりも短くてもよい。
この形態の圧電駆動装置によれば、より確実に第１板ばね部が第３方向にたわむことを抑制できる。

（３）上記形態の圧電駆動装置において、前記第１板ばね部は、凸部を有してもよい。
この形態の圧電駆動装置によれば、第１板ばね部の表面積をより大きくすることができるため、第１板ばね部を介して振動部の熱を放熱しやすくできる。

（４）上記形態の圧電駆動装置において、前記凸部は、前記第１板ばね部における前記第２方向に沿った面に設けられてもよい。
この形態の圧電駆動装置によれば、第１板ばね部の表面積をより大きくすることができるため、第１板ばね部を介して振動部の熱を放熱しやすくできる。

（５）上記形態の圧電駆動装置において、前記第１板ばね部とともに、前記第１方向に前記振動部を付勢する第２板ばね部を備え、前記第２板ばね部は、前記第２方向に向かって延び、前記第２板ばね部は、前記第３方向において前記振動部に対向して配置され、前記振動部は、前記第１板ばね部と前記第２板ばね部との間に配置されており、前記第３方向に沿った長さが等分になるように、前記第２板ばね部を第３部分と前記第３部分よりも前記振動部から遠い第４部分とに分割したとき、前記第４部分の体積は、前記第３部分の体積よりも大きくてもよい。
この形態の圧電駆動装置によれば、振動部を付勢する第１板ばね部と第２板ばね部とが第３方向にたわむことを抑制でき、かつ、第１板ばね部と第２板ばね部とが第２方向に平行な軸を中心としてねじれることを抑制できる。そのため、振動体の位置が第３方向にずれることをより確実に抑制できる。

本開示は、圧電駆動装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、圧電モーター、ロボット、プリンター等の形態で実現することができる。

１０…圧電モーター、２０…ケース、２１…底面部、２２…側面部、２３…蓋部、２４…突起部、２５…段差部、２６…開口部、２７…貫通孔、２９…下ケース、３０…圧電アクチュエーター、３１…振動部、３２…圧電素子、３３…先端部、３４…支持部、３５…腕部、３６…固定部材、３８…取付穴、３９…本体部、４０…ローター、４１…出力部、４５…伝達部、４６…被接触面、５０…ベアリング、５６…第１支持部材、５７…第２支持部材、６０…第１平行ばね部、６１…第１非ばね部、６２…第２非ばね部、６３…第１板ばね部、６５…第１厚肉部、６６…第１薄肉部、７０…第２平行ばね部、７１…第３非ばね部、７２…第４非ばね部、７３…第２板ばね部、７５…第２厚肉部、７６…第２薄肉部、８１…第１振動板、８２…第２振動板、８３…第３振動板、８４…第４振動板、８５…第１層間部材、８６…第２層間部材、１００…ロボット、１０１…ベース、１０２…第１アーム、１０３…第２アーム、１０４…第３アーム、１０５…第４アーム、１０６…第５アーム、１０７…第６アーム、１０８…ロボット制御部、１０９…エンドエフェクター、２００…プリンター、２１０…装置本体、２１１…トレイ、２１２…排紙口、２１３…操作パネル、２２０…印刷機構、２２１…ヘッドユニット、２２２…キャリッジモーター、２２３…往復動機構、２２４…ヘッド、２２５…インクカートリッジ、２２６…キャリッジ、２２７…キャリッジガイド軸、２２８…タイミングベルト、２３０…給紙機構、２３１…従動ローラー、２３２…駆動ローラー、２４０…制御部

Claims (6)

1. 圧電素子を有し、前記圧電素子を用いて被駆動部を駆動させる振動部と、
   前記振動部から前記被駆動部に向かう第１方向に前記振動部を付勢する第１板ばね部と、
   を備え、
   前記第１板ばね部は、前記第１方向に交差する第２方向に向かって延び、
   前記第１板ばね部は、前記第１方向と前記第２方向とに垂直な第３方向において前記振動部に対向して配置されており、
   前記第３方向に沿った長さが等分になるように、前記第１板ばね部を第１部分と前記第１部分よりも前記振動部から遠い第２部分とに分割したとき、前記第２部分の体積は、前記第１部分の体積よりも大きい、
   圧電駆動装置。
2. 請求項１に記載の圧電駆動装置であって、
   前記第１部分の前記第１方向に沿った長さは、前記第２部分の前記第１方向に沿った長さよりも短い、圧電駆動装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の圧電駆動装置であって、
   前記第１板ばね部は、凸部を有する、圧電駆動装置。
4. 請求項３に記載の圧電駆動装置であって、
   前記凸部は、前記第１板ばね部における前記第２方向に沿った面に設けられている、圧電駆動装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の圧電駆動装置であって、
   前記第１板ばね部とともに、前記第１方向に前記振動部を付勢する第２板ばね部を備え、
   前記第２板ばね部は、前記第２方向に向かって延び、
   前記第２板ばね部は、前記第３方向において前記振動部に対向して配置され、
   前記振動部は、前記第１板ばね部と前記第２板ばね部との間に配置されており、
   前記第３方向に沿った長さが等分になるように、前記第２板ばね部を第３部分と前記第３部分よりも前記振動部から遠い第４部分とに分割したとき、前記第４部分の体積は、前記第３部分の体積よりも大きい、圧電駆動装置。
6. 第１アームと、
   前記第１アームに対して回転する第２アームと、
   前記第２アームを駆動する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の圧電駆動装置と、
   を備えるロボット。

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